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随着“数字地球”、“空间信息网格”等概念、方法与技术的推广应用,矢量地图与遥感影像一体化组织和集成应用的需求越来越迫切。由于遥感影像和矢量地图采用不同的组织方式:遥感影像一般按照“轨道条带一景(幅)”方式组织,矢量地图则按照“投影分带一分幅”方式组织,因此其对应的数据库结构也是异构的,造成遥感影像和矢量地图一体化组织和综合索引非常困难。球面剖分在全球范围内具有连续性、层次性、稳定性和近似均匀性等特点,通过剖分形成一个支持尺度变换的、分布均匀的、无缝的全球空间层次划分框架,按照国家基本比例尺地形图体系构建球面剖分,形成基于“多图层标准分幅”的遥感影像和矢量地图一体化剖分组织,构建面向感兴趣区域的剖分索引,将会大大提高遥感影像和矢量地图集成应用效能。
本论文根据矢量地图与遥感影像一体化组织和集成应用的需求,针对“面向影像地图一体化的剖分组织与索引”问题进行了较深入的探讨,论文的主要工作和创新点在于:
(1)目前空间信息多级格网(SIMG)的格网划分中第三级剖分到第四级剖分采用的是等经纬度四分方法,它与国家基本比例尺地形图体系不一致,制约了基于cc多图层标准分幅”的遥感影像和矢量地图一体化组织。针对上述问题,本文提出SIMG第三级剖分到第四级剖分采用等经纬度九分方法,深入分析了格网划分方法和编码模型,形成改进型SIMG。改进型SIMG的主要优点是:对现有的国家基本比例尺地形图体系的继承与扩充,格网划分方法与国家基本比例尺地形图体系无缝集成,具有剖分层次与空间尺度的直接相关性,兼有矢量和栅格的双重特点,并构建全球层次空间索引结构;
(2)基于改进型SIMG形成的“多图层标准分幅”,构建了工作区、剖分图层、图幅和剖分数据四个层次的剖分组织架构,设计图幅、图幅内点状要素、线状要素、面状要素、遥感影像的剖分数据库结构。“剖分组织”的主要优势是充分利用了改进型SIMG构建的全球空间层次划分框架,从组织结构上实现基于图幅范围的遥感影像和矢量地图一体化。如果全球范围内多源遥感影像和多比例尺矢量地图都按照“剖分组织”方式进行组织,那么构成全球多尺度空间数据的分布式组织和存储,便于高效管理和搜索全球任意地理范围内的遥感影像和矢量地图,真正满足影像地图一体化集成应用;
(3)为了提高剖分格网索引的查询算法效率,需要把格网划分得比较细,这样容易出现索引数据项的重复存储,增加操作时间。为了解决这一问题,引入R树结构,构建一种剖分格网索引和R树索引相混合的空间索引结构一剖分R树索引,形成格网索引管理空间索引框架(图幅),R树索引管理图幅内部对象的双重索引机制。剖分R树索引兼有格网索引和R树索引的双重优点,不仅能够有效控制空间索引对应的地理范围,而且减少数据重复存储,节省存储容量,大大提高查询效率。从查询算法效率上看,剖分R树索引的时间复杂度是D(log2n),要小于剖分格网索引的时间复杂度D(n);
(4)依托“数字地球”原型系统,对本文提出的方法和算法进行了验证。以黄河流域为实验区进行剖分数据组织实验,形成了六个层次的剖分数据结构,实验结果表明:“剖分组织”矬理后的多层次剖分数据,实现影像地图一体化的分层组织与高效索引,基本满足影像地图一体化组织和集成应用的需求。以1:100万矢量地形图为数据源进行剖分索引效率实验,深入比较两种剖分索引的构建效率和查询效率,实验结果表明:剖分R树索引具有较好的空间复杂性和较好的时间复杂性,特别是当数据量比较大时,具有较好的实用价值。